[发明专利]无涌流高速跟踪无功功率补偿器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对电力系统中的无功功率进行高速跟踪补偿的无涌流高速跟踪无功功率补偿器及其控制方法。

背景技术

各种电气设备运行时都需要一定的无功功率来建立设备正常运行所需的电磁场等工作环境。无功功率使线路总电流增加，增大了输配电线路的有功损耗，并导致受端电压下降、电力设备利用率降低等问题。对电力用户所需无功功率就近跟踪补偿，可有效降低线路损耗、改善电压质量、充分发挥供电设备的潜力，并可为用户节约电费支出，具有非常显著的经济效益和社会效益。基于电力电容器的无功补偿设备具有结构简单、损耗小、成本低等突出优点，在电力系统中得到广泛应用。

随着电力电子装置的应用日益广泛，当今许多工业设备具有谐波含量高、无功需求快速波动的特点，致使配电系统中谐波含量增加、无功功率波动加剧。传统的电容器无功补偿设备因响应速度低、暂态冲击大且无谐波抑制能力等缺陷，不能快速跟随负荷无功变化进行动态补偿，还会导致高次谐波放大、共振，补偿设备过载烧坏等问题。采用公知的零压差TSC（晶闸管投切电容器）技术，在交流电源电压瞬时值与电容器残压相等（压差为零）时投入电容器，可以实现对无功补偿电容器的无涌流高速投切，若配以高性能的控制器，可构成高速动态无功功率补偿器。但这种TSC无功功率补偿器不能适用高谐波环境的无功功率补偿。当电力系统中谐波含量较高时，为避免补偿电容器引起的谐波放大、共振等问题，需要在补偿电容器支路中串联适当比例的电感器，此时，公知的零压差TSC技术便会发生以下问题：

1．电容器串联电感器后，采用公知的零压差TSC技术只能减小电容器投入时的涌流，而不能避免投入涌流；实际测量证明，采用公知的零压差TSC技术投入串联电感器的电容器，其投入涌流仍可能达到正常工作电流的二倍以上，会对电力系统造成不良冲击，并影响电容器的使用寿命。特别是对于需要高速跟踪补偿的设备，电容器需要频繁投切，这种不良影响更加显著；

2．电容器串联电感器后，晶闸管在电流过零自然关断切除电容器后，电容器的起始残压高于电力线路中的峰值电压，在电容器通过放电电阻放电至残压等于或低于电力线路中的峰值电压之前，零压差条件不能得到满足。因此，采用公知的零压差TSC技术投切串联电感器的电容器，在电容器被切除后，需要等待较长时间的放电后才能被再次投入，这将显著影响无功功率补偿装置的跟踪补偿速度，影响补偿效果。

发明内容

本发明的目的，就是提供一种能够解决上述问题的无涌流高速跟踪无功功率补偿器及其控制方法，它能在需要投入三相电容器电感器组合单元时，以最小的延迟实现电容器电感器组合单元的无涌流投入，在需要切除电容器电感器组合单元时，以电流过零自然关断方式快速切除电容器电感器组合单元，并且电容器电感器组合单元被切除后，不需要等待放电即可再次无涌流投入。采用本发明提供的装置和控制方法，可以制成比公知零压差TSC技术抑制涌流效果更好、跟踪速度更快的且适应高谐波环境的无功功率补偿器。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种无涌流高速跟踪无功功率补偿器，它主要由电流互感器组Ⅰ、检测与控制单元、相位检测单元、N个补偿单元构成；其中，电流互感器组Ⅰ有三个电流互感器，它们的一次侧分别串联于三相被补偿电力线路中，各电流互感器的二次侧分别接检测与控制单元的三个电流检测输入端；检测与控制单元的三个电压检测输入端分别接三相被补偿电力线路；检测与控制单元的各控制信号输出端分别与相应的各补偿单元的控制信号输入端一一连接；相位检测单元的三个输入端分别接三相被补偿电力线路，它的相位信号输出端则与各补偿单元的相应相位信号输入端连接；各补偿单元的主输入端彼此并联后分别接三相被补偿电力线路。

所述相位检测单元由电压互感器Ⅰ、电压互感器Ⅱ、电压互感器Ⅲ、加法单元、比较器Ⅰ、比较器Ⅱ构成，它有U、V、W三个输入端和α、β两个输出端；其中，电压互感器Ⅰ的一次侧“＋”输入端接U输入端，“－”输入端接V输入端；电压互感器Ⅱ的一次侧“＋”输入端接V输入端，“－”输入端接W输入端；电压互感器Ⅲ的一次侧“＋”输入端接W输入端，“－”输入端接U输入端；电压互感器Ⅰ的二次侧“＋”输出端接比较器Ⅰ的“＋”输入端，“－”输出端接电位参考点；电压互感器Ⅱ的二次侧“＋”输出端接电位参考点，“－”输出端接加法单元的一个输入端；电压互感器Ⅲ的二次侧“＋”输出端接加法单元的另一个输入端，“－”输出端接电位参考点；比较器Ⅰ的“－”输入端接电位参考点，其输出端接α输出端；加法单元的输出端接比较器Ⅱ的“＋”输入端；比较器Ⅱ的“－”输入端接电位参考点，其输出端接β输出端。